Az andoveri (Massachusetts) Phillips Akadémiára járt, majd a Princeton Egyetemen folytatta tanulmányait, ahol festett és történelmet tanult. New York-i művészeti galériákban tett fiatalkori látogatásai nagy hatással voltak alkotói fejlődésére. Diplomája megszerzését követően, 1958-ban New Yorkba költözött.
Művei újszerűségüknek köszönhetően már huszonöt éves korára ismertek voltak. 1959-ben számos képe bekerült az Allen Memorial Art Museum (Oberlin College) Three Young Americans [Három fiatal amerikai], valamint a New York-i Museum of Modern Art Sixteen Americans [Tizenhat amerikai] c. kiállításának anyagába. 1959-ben csatlakozott Leo Castelli műkereskedő művészgárdájához. Korai sorozataiban, a Black Paintings [Fekete festmények] (1958–60), az Aluminium Paintings (1960) és a Copper Paintings [Rézfestmények] (1960–61) címűekben kerülte az illuzionisztikus terek létrehozását a lapos felületen, és eltért a hagyományos, négyszög alakú vászon használatától. 1961-ben feleségül vette Barbara Rose-t, a később híressé vált műkritikust.
Irregular Polygon [Szabálytalan sokszög] c. vásznai (1965) és Protractor [Elnyújtó] c. sorozata (1967–71) kapcsán tovább tágította a vászon alakításának koncepcióját. A 60-as évek közepétől hosszú időre belemerült a metszetkészítésbe. Először Kenneth Tyler metszetkészítő mesterrel dolgozott együtt a Gemini GEL-nél [Graphic Editions Limited]. 1967-ben ő tervezte Merce Cunningham Scramble [Küzdelem] c. táncművének díszletét és jelmezeit. 1970-ben a New York-i Museum of Modern Art retrospektív kiállítást rendezett Stella műveiből. A következő évtized során reliefek készítésébe fogott, melyeket „maximalista” festményeknek nevezett plasztikus tulajdonságuk miatt. A sors iróniája, hogy annak idején, 1960 előtt a számára először hírnevet hozó képeiről száműzött minden plasztikai mélységet. 1970–73-ban készült Polish Village [Lengyel falu] c. magasrelief-sorozatában már fát és más anyagokat is használt, később pedig alumíniumot alkalmazott elsődleges segédanyagként festményeihez. A 70-80-as évek előrehaladtával művei egyre bonyolultabbá és szertelenebbé váltak. Olyannyira, hogy korábbi minimalizmusa szinte barokká változott, műveit íves formák, DayGlo- [effektes festékeket gyártó amerikai cég] színek, kusza ecsetvonások jellemezték. Ezekben az évtizedekben metszetei készítése során is többféle nyomatkészítési és rajzi eljárást ötvözött. 1973-ban New York-i házában nyomdai stúdiót hozott létre.
A 80-as évek közepétől a 90-es évek közepéig számos olyan művet alkotott, amelyek valamilyen módon Herman Melville Moby Dickjéhez kapcsolódnak. Ebben az időben ~ festményeinek egyre növekvő plaszticitása utat nyitott a kúpokból, oszlopokból, ívsablonokból, hullámokból és dekoratív építészeti elemekből nyert plasztikus formák háromdimenziós megjelenése előtt. E műveihez ~ kollázsokat, ill. maketteket készített, melyeket ipari fémvágók és digitális technológiák segítségével nagyított fel és hozott végső formájukba.
A 90-es években ~ szabadon álló köztéri szobrokat alkotott, valamint építészeti projektekben vett részt. 1992–93-ban ő készítette a torontói Princess of Wales Theatre teljes díszítési tervét, amely közel ezer négyzetméternyi falfestményből állt. 1993-as tervei egy drezdai műcsarnok és park létrehozására nem váltak valóra. Kagyló formájú alumínium pavilonja, melyet egy brazil összehajtható kalap ihletett, 1999-ben épült meg Miami belvárosában. 2001-ben a columbiai Washingtonban, a National Gallery of Art előtt helyezték el monumentális szobrai egyikét.
Művei számos jelentős, a 60-as évek művészetét meghatározó kiállításon szerepeltek, köztük a Solomon R. Guggenheim Museum The Shaped Canvas [Az alakított vászon] (1964–65) és Systematic Painting [Módszeres festés] (1966) c. tárlatain. Alkotásait retrospektív kiállításokon láthatta a közönség az Egyesült Államokban, Európában és Japánban. A számtalan elismerés közül, amelyben része volt, az egyik legmegtisztelőbb a Harvard Egyetem felkérése volt a Charles Eliot Norton-előadássorozat megtartására 1983–84-ben. A Harvard University Press 1986-ban megjelentette ezt a hat értekezést, melyek a barokk festészet mélyére hatolva az absztrakció megújítását sürgették. Stella New Yorkban él és dolgozik.